KR101085450B1 - Thin film transistor substrate and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본발명은 박막트랜지스터 기판과 그 제조방법에 관한 것이다. 본발명에 따른 박막트랜지스터 기판은 알루미늄층과, 상기 알루미늄층 상에 위치하며 상기 알루미늄층 두께의 10 내지 40%의 두께를 가지는 상부 몰리브덴층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 알루미늄 배선에서 발생하는 힐록을 감소시킬 수 있다.The present invention relates to a thin film transistor substrate and a method of manufacturing the same. The thin film transistor substrate according to the present invention is characterized in that it comprises an aluminum layer and the upper molybdenum layer located on the aluminum layer having a thickness of 10 to 40% of the thickness of the aluminum layer. Thereby, the hillock which arises in an aluminum wiring can be reduced.
Description
도 1a 내지 도 1c는 상부 몰리브덴층이 제1두께를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이며,1A to 1C are diagrams for explaining the wiring when the upper molybdenum layer has a first thickness,
도 2a 내지 도 2c는 상부 몰리브덴층이 제2두께를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이며,2A to 2C are diagrams for explaining the wiring when the upper molybdenum layer has a second thickness,
도 3a 내지 도 3c는 상부 몰리브덴층이 제3 두께를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이며,3A to 3C are diagrams for explaining wiring when the upper molybdenum layer has a third thickness,
도 4는 상부 몰리브덴층/알루미늄층의 두께비에 따른 몰리브덴과 알루미늄의 식각 속도 변화를 설명하기 위한 그림이며,4 is a view for explaining the etching rate change of molybdenum and aluminum according to the thickness ratio of the upper molybdenum layer / aluminum layer,
도 5a 및 도 5b는 표 1의 실험예 1에 대한 광학 현미경 사진이며,5A and 5B are optical micrographs of Experimental Example 1 of Table 1,
도 6a 및 도 6b는 표 1의 실험예 2에 대한 광학 현미경 사진이며,6A and 6B are optical micrographs of Experimental Example 2 of Table 1;
도 7a 및 도 7b는 표 1의 실험예 3에 대한 광학 현미경 사진이며,7A and 7B are optical micrographs of
도 8은 표 1의 실험예 4에 대한 광학 현미경 사진이며8 is an optical microscope picture of
도 9는 표 1의 실험예 5에 대한 광학 현미경 사진이며,9 is an optical micrograph for
도 10a 및 도 10b는 표 1의 실험예 6에 대한 광학 현미경 사진이며,10A and 10B are optical micrographs of Experimental Example 6 of Table 1,
도 11는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이며,11 is a plan view of a thin film transistor substrate according to a first embodiment of the present invention,
도 12은 도 11의 ⅩⅡ-ⅩⅡ를 따라 도시한 단면도이며,12 is a cross-sectional view taken along XII-XII of FIG. 11,
도 13 내지 도 16는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조과정을 나타내는 단면도이며,13 to 16 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor substrate according to a first embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이며,17 is a plan view of a thin film transistor substrate according to a second embodiment of the present invention,
도 18는 도 17의 ⅩⅧ-ⅩⅧ선을 따라 도시한 단면도이며,18 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 17,
도 19는 도 17의 ⅩⅨ-ⅩⅨ선을 따라 도시한 단면도이며,19 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 17,
도 20a 내지 도 27b는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조과정을 나타내는 단면도이다. 20A to 27B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor substrate according to a second embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
22 : 게이트선 26 : 게이트 전극 22
62 : 데이터선 65 : 소스 전극 62: data line 65: source electrode
66 : 드레인 전극 66: drain electrode
본 발명은, 박막트랜지스터 기판과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor substrate and a method of manufacturing the same.
액정표시장치는 박막트랜지스터 기판과 칼라필터 기판 사이에 액정이 주입되어 있는 액정표시패널을 포함한다. 액정표시패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판 후면에는 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치하고 있다. 백라이트에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다. The liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel in which liquid crystal is injected between the thin film transistor substrate and the color filter substrate. Since the liquid crystal display panel is a non-light emitting device, a backlight unit for supplying light is located at the back of the thin film transistor substrate. Light transmitted from the backlight is adjusted according to the arrangement of liquid crystals.
최근의 액정표시장치는 화면의 대면적화, 고해상도 그리고 고개구율을 요구하고 있다. 이에 따라 박막트랜지스터 기판에 형성되는 배선(게이트 배선, 데이터 배선)이 길어지고 있으며 반면 그 폭은 줄어들고 있다. 이러한 추세에서 배선 재료의 비저항이 높으면 RC 지연이 유발되어 화면이 왜곡되는 문제가 심각해진다.Recent liquid crystal displays require large screen area, high resolution, and high aperture ratio. As a result, the wirings (gate wirings and data wirings) formed on the thin film transistor substrate are lengthening, while the width thereof is decreasing. In this trend, the high resistivity of the wiring material causes an RC delay, which seriously distorts the screen.
지금까지 배선 재료로 사용된 크롬(Cr), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW) 등의 금속은 10μΩ/cm이상의 높은 비저항으로 20인치 이상의 액정표시장치에는 적용이 어렵다. 이에 따라 비저항이 작은 배선 재료를 사용하려는 요구가 커지고 있다. Metals such as chromium (Cr) and molybdenum-tungsten alloys (MoW), which have been used as wiring materials, have been difficult to be applied to liquid crystal display devices of 20 inches or more due to high resistivity of 10 µΩ / cm or more. As a result, there is an increasing demand to use a wiring material having a small specific resistance.
비저항이 낮은 금속으로는 은, 구리, 알루미늄 등이 있다. 이 중 은과 구리의 경우 유리 기판과의 접착성이 현격히 낮다. 특히 구리는 비정질 규소 내로 침투하여 소자를 망가뜨리거나 반대로 비정질 규소가 구리 내로 침투하여 비저항 값을 높이는 문제가 있다.Examples of metals with low specific resistance include silver, copper, and aluminum. Among them, silver and copper have significantly lower adhesion to the glass substrate. In particular, copper penetrates into the amorphous silicon to destroy the device, or conversely, amorphous silicon penetrates into the copper to increase the resistivity value.
이러한 은과 구리의 단점으로 인하여 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 배선 물질은 알루미늄을 기본 물질로 하고 있다. 알루미늄은 비저항이 3μΩ/㎝ 정도로 매우 낮고 배선 형성 공정이 용이하며 또한 저가격이라는 장점이 있다.Due to these disadvantages of silver and copper, the most commonly used wiring materials are based on aluminum. Aluminum has the advantage that the specific resistance is very low, such as 3μΩ / ㎝, easy wiring forming process and low cost.
그러나 알루미늄은 화학약품에 대한 내식성이 약하여 쉽게 산화되거나 단선되는 문제가 있다. 이를 보완하기 위하여 화학약품에 대한 내식성이 강한 몰리브덴을 상부층으로 형성한다.However, aluminum has a problem of being easily oxidized or disconnected due to weak corrosion resistance to chemicals. In order to compensate for this, molybdenum having high corrosion resistance to chemicals is formed as an upper layer.
그런데 알루미늄층/몰리브덴층의 2중층 구조에서는 힐록이 발생하는 문제가 있다.By the way, in the double layer structure of an aluminum layer / molybdenum layer, there exists a problem that hillock generate | occur | produces.
따라서 본발명의 목적은, 힐록 발생이 감소된 알루미늄 배선을 가지는 박막트랜지스터 기판을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a thin film transistor substrate having aluminum wiring with reduced hillock generation.
본발명의 다른 목적은, 힐록 발생이 감소된 알루미늄 배선을 가지는 박막트랜지스터 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor substrate having aluminum wiring with reduced hillock generation.
본발명의 또 다른 목적은, 힐록 발생이 감소된 알루미늄 배선을 가지는 액정표시장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having aluminum wiring with reduced hillock generation.
상기의 목적은 알루미늄층과, 상기 알루미늄층 상에 위치하며 상기 알루미늄층 두께의 10% 내지 40%의 두께를 가지는 상부 몰리브덴층을 포함하는 박막트랜지스터 기판에 의하여 달성될 수 있다.The above object can be achieved by a thin film transistor substrate comprising an aluminum layer and an upper molybdenum layer located on the aluminum layer and having a thickness of 10% to 40% of the aluminum layer.
상기 알루미늄층과 상기 상부 몰리브덴층은 직접 접촉하고 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the aluminum layer and the upper molybdenum layer are in direct contact.
상기 상부 몰리브덴층의 두께는 상기 알루미늄층 두께의 20% 내지 27%인 것이 바람직하다.The thickness of the upper molybdenum layer is preferably 20% to 27% of the thickness of the aluminum layer.
상기 상부 몰리브덴층은 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 니오븀(niobium), 질소(nitrogen)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 원소를 더 포함하는 것이 바람직하다.The upper molybdenum layer further comprises at least one element selected from the group consisting of tungsten (W), zirconium (Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), niobium (niobium), nitrogen (nitrogen). desirable.
상기 알루미늄층 하부에 형성되어 있는 하부 몰리브덴층을 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a lower molybdenum layer formed under the aluminum layer.
상기의 목적은 게이트 배선과 데이터 배선을 포함하는 박막트랜지스터 기판에 있어서, 상기 게이트 배선과 데이터 배선 중 적어도 어느 하나는 순차적으로 형성되어 있는 알루미늄층과 상기 알루미늄층 두께의 10% 내지 40%의 두께를 가지는 상부 몰리브덴층을 포함하는 것에 의하여도 달성될 수 있다.The above object is a thin film transistor substrate comprising a gate wiring and a data wiring, wherein at least one of the gate wiring and the data wiring has a thickness of 10% to 40% of the thickness of the aluminum layer and the aluminum layer sequentially formed. Branches can also be achieved by including an upper molybdenum layer.
상기 본발명의 다른 목적은 절연기판 상에 알루미늄층을 증착하는 단계와, 상기 알루미늄층 상에 상기 알루미늄층 두께의 10% 내지 40%의 두께를 가지는 상부 몰리브덴층을 증착하는 단계와, 상기 알루미늄층과 상기 몰리브덴층을 패터닝하여 배선을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 기판의 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.Another object of the present invention is the step of depositing an aluminum layer on an insulating substrate, the step of depositing an upper molybdenum layer having a thickness of 10% to 40% of the thickness of the aluminum layer on the aluminum layer, and the aluminum layer And patterning the molybdenum layer to form a wiring, which may be achieved by a method of manufacturing a thin film transistor substrate.
상기 배선 상에 절연막, 반도체층, 저항성 접촉층을 플라즈마 강화 화학기상증착 방법으로 순차적으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include sequentially forming an insulating film, a semiconductor layer, and an ohmic contact layer on the wiring by a plasma enhanced chemical vapor deposition method.
상기 본발명의 또 다른 목적은 게이트 배선과 데이터 배선을 포함하며, 상기 게이트 배선과 데이터 배선 중 적어도 어느 하나는 순차적으로 형성되어 있는 알루미늄층과 상기 알루미늄층 두께의 10% 내지 40%의 두께를 가지는 상부 몰리브덴층을 포함하는 제1기판과, 상기 제1기판과 마주하는 제2기판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 액정표시장치에 의하여 달성될 수 있다.Another object of the present invention includes a gate wiring and a data wiring, wherein at least one of the gate wiring and the data wiring has a thickness of 10% to 40% of the aluminum layer and the thickness of the aluminum layer sequentially formed. It can be achieved by a liquid crystal display device including a first substrate including an upper molybdenum layer, a second substrate facing the first substrate, and a liquid crystal layer positioned between the first substrate and the second substrate. .
습식 식각(wet etching)에서 다중층으로 이루어진 배선의 형상 조절은 두 가지 측면이 중요하다. 첫째는 단일 금속층의 식각 속도이며 둘째는 각 금속층의 표준환원전위이다.In wet etching, two aspects are important in controlling the shape of a multilayer wiring. The first is the etch rate of a single metal layer and the second is the standard reduction potential of each metal layer.
습식 식각에 사용되는 인산, 질산, 초산을 포함하는 식각액에 대한 단일 금 속층의 식각 속도를 살펴보면 몰리브덴층이 알루미늄층보다 2배정도 식각 속도가 빠르다.In the etching rate of a single metal layer for an etchant including phosphoric acid, nitric acid and acetic acid used for wet etching, the molybdenum layer is twice as fast as the aluminum layer.
그러나 알루미늄층을 하부층으로 그리고 몰리브덴층을 상부층으로 하는 2중층에서는 계면에서 몰리브덴층의 식각 속도가 느려진다. 이는 각 금속층 간의 표준환원전위가 다르기 때문이다. 접합된 두 금속층에 대하여 습식 식각을 행하면 상대적으로 표준환원전위가 작은 금속(애노드)은 상대적으로 표준환원전위가 큰 금속(캐소드)에 전자를 주게 된다. 이에 의하여 캐소드 금속은 단일층의 경우보다 식각 속도가 감소한다. 이를 갈바닉 효과(galvanic effect)라 한다.However, in the double layer having the aluminum layer as the lower layer and the molybdenum layer as the upper layer, the etching rate of the molybdenum layer is slow at the interface. This is because the standard reduction potential between the metal layers is different. When wet etching is performed on two bonded metal layers, a metal having a relatively small standard reduction potential (anode) gives electrons to a metal having a large standard reduction potential (cathode). This reduces the etching rate of the cathode metal than in the case of a single layer. This is called the galvanic effect.
알루미늄의 표준환원전위는 -1.76V이고 몰리브덴의 표준환원전위는 -0.2V이다. 몰리브덴층/알루미늄층(Mo/Al)의 경우 표준환원전위가 작은 알루미늄층이 애노드가 되어 캐소드인 몰리브덴층에 전자를 공급해 준다. 전자를 공급받는 몰리브덴층은 단일층인 경우보다 식각 속도가 저하된다.The standard reduction potential of aluminum is -1.76V and that of molybdenum is -0.2V. In the case of the molybdenum layer / aluminum layer (Mo / Al), an aluminum layer having a small standard reduction potential becomes an anode to supply electrons to the molybdenum layer, which is a cathode. The molybdenum layer supplied with electrons has a lower etch rate than the single layer.
한편 알루미늄 배선에서 발생하는 힐록(hillock)의 원인은 다음과 같다.On the other hand, the causes of the hillock occurring in the aluminum wiring are as follows.
박막트랜지스터 기판의 제조에 있어 알루미늄 배선의 형성 후 절연막, 반도체층 등이 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 방법을 통해 증착된다. PECVD 공정은 약 300℃ 이상의 고온에서 이루어지는데, 이 과정에서 알루미늄이 압축응력을 가지게 되어 알루미늄 표면에서 확산이 잘 되는 결정립계(grain boundary)를 통하여 알루미늄이 이동하는데, 절연막을 뚫고 측면이나 상부 방향으로 이동한 알루미늄을 힐록(hillock)이라 한다.In the manufacture of the thin film transistor substrate, after the formation of the aluminum wiring, an insulating film, a semiconductor layer, and the like are deposited by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. The PECVD process is performed at a high temperature of about 300 ° C. or higher. In this process, aluminum moves through a grain boundary where aluminum has a compressive stress and diffuses well on the aluminum surface. An aluminum is called a hillock.
몰리브덴층/알루미늄층 2중층의 경우 갈바닉 효과와 힐록 발생에 의해 배선 을 테이퍼(taper) 형상으로 만들기가 용이하지 않다. 본발명에서는 몰리브덴층과 알루미늄층의 두께비를 조절하여 몰리브덴층/알루미늄층 2중층을 바람직한 형상으로 형성한다.In the case of the molybdenum layer / aluminum layer double layer, the wiring is not easily tapered due to the galvanic effect and the hillock generation. In the present invention, the molybdenum layer / aluminum layer double layer is formed into a preferable shape by controlling the thickness ratio of the molybdenum layer and the aluminum layer.
이하 본발명을 첨부도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1c는 상부 몰리브덴층(3)이 제1두께(d2)를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이다.1A to 1C are diagrams for explaining the wiring when the
도 1a와 같이 절연기판(1) 상에 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)이 순차적으로 증착되어 있다. 상부 몰리브덴층(3)의 상부에는 패터닝된 감광막(4)이 형성되어 있다. 이 상태에서 감광막(4)의 형상대로 배선을 형성하기 위하여 습식 식각이 진행된다. 식각액은 감광막(4)으로 가려지지 않은 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)을 동시에 식각한다. 여기서 알루미늄층(2)의 두께(d1)는 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d2)에 비하여 비교적 크게 형성되어 있다. 설명한 바와 같이 상대적으로 표준환원전위가 작은 알루미늄층(2)은 애노드가 되어 표준환원전위가 큰 상부 몰리브덴층(3)에 전자를 공급하게 된다. As shown in FIG. 1A, an
알루미늄층(2)으로부터 전자를 공급받는 상부 몰리브덴층(3)은 갈바닉 효과에 의해 식각 속도가 감소한다. 알루미늄층(2)의 두께(d1)가 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d2)에 비하여 비교적 크게 형성되면 상부 몰리브덴층(3)은 단위 질량당 비교적 많은 전자를 공급받게 되어 식각 속도가 크게 감소된다. 이 결과 알루미늄층(2)이 상대적으로 많이 식각되어 배선은 도 1b와 같은 형태가 된다. 상부 몰리브덴층(3)은 알루미늄층(2)의 바깥쪽으로 연장되어 있는 오버행(A, overhang) 을 가지게 된다.In the
도 1b와 같은 배선 상에 도 1c와 같이 질화 규소(silicon nitride) 등으로 이루어진 절연막(4), 비정질 규소 등으로 이루어진 반도체층(5), n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는n+ 수소화 비정질 규소 등으로 이루어진 저항성 접촉층(6)의 3중층이 순차적으로 적층된다. 3중층은 통상 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 방법에 의해 적층되는데, 이 때 배선에는 300℃이상의 고온이 가해진다. 이 과정에서 알루미늄층(2)이 압축응력을 가지게 되어 힐록(7, 8)이 발생한다. 힐록(7, 8)은 측면으로 발생한 측면 힐록(side hillock, 7)과 상부로 발생한 상부 힐록(top hillock, 8)을 포함한다. 상부 몰리브덴층(3)은 알루미늄층(2)에서 발생하는 힐록(7, 8)을 캡핑(capping)하는 역할도 하는데 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d1)가 작아서 상부 몰리브덴층(3)을 뚫고 힐록(7, 8)이 형성되는 것이다. 힐록(7, 8)이 발생하면 배선간의 단락과 같은 불량이 발생되어 배선의 신뢰성이 저하된다.An insulating
도 1c의 배선은 상부 몰리브덴층(3)에 오버행(A)이 형성되어 있기 때문에 오버행(A)과 인접하여 적층되는3중층은 적층각도가 크게 되어 연결이 끊어지는 스텝 오픈(step open)이 발생할 수도 있다. 스텝 오픈(step open) 역시 배선간의 단락을 유발시킨다.In the wiring of FIG. 1C, since an overhang A is formed in the
도 2a 내지 도 2c는 상부 몰리브덴층(3)이 제2두께(d3)를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이다. 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d3)는 제1두께(d2)에 비해 비교적 크게 형성되어 있다.2A to 2C are diagrams for explaining the wiring when the
도 2a와 같이 알루미늄층(2)의 전자는 상부 몰리브덴층(3)으로 공급된다. 상 부 몰리브덴층(3)의 두께(d3)가 비교적 크기 때문에 상부 몰리브덴층(3)의 단위 질량당 공급되는 전자의 수는 적게 된다. 이에 따라 상부 몰리브덴층(3)은 갈바닉 효과에 의한 영향보다 단일 금속층의 식각 속도에 더 큰 영향을 받는다. 이 결과 상부 몰리브덴층(3)이 알루미늄층(2)보다 식각이 많이 일어나 도 2b와 같은 배선이 형성된다. 알루미늄층(2)의 상부에는 상부 몰리브덴층(3)에 의해 가려지지 않는 부분(B)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 2A, electrons of the
도 2b와 같은 배선 상에 도 2c와 같이 3중층이 순차적으로 적층된다. 3중층의 적층 각도는 감소되어 스텝 오픈의 가능성은 줄어든다. 반면 상부 몰리브덴층(3)에 의해 가려지지 않은 알루미늄층(2) 부분(B)에는 측면 힐록(7)이 발생하고 외부로부터의 빛이 반사되어 화면에 얼룩이 발생한다.Triple layers are sequentially stacked on the wiring line as shown in FIG. 2B as shown in FIG. 2C. The stacking angle of the triple layer is reduced, reducing the possibility of step opening. On the other hand, a side heel lock 7 is generated in the portion B of the
도 3a 내지 도 3c는 상부 몰리브덴층이 제3두께(d4)를 가질 경우의 배선을 설명하기 위한 그림이다. 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d4)는 제1두께(d2)와 제2두께(d3) 사이 값을 가진다..3A to 3C are diagrams for explaining the wiring when the upper molybdenum layer has a third thickness d4. The thickness d4 of the
도 3a와 같이 알루미늄층(2)의 전자는 상부 몰리브덴층(3)으로 공급된다. 상부 몰리브덴층(3)의 두께(d4)를 적절히 조절하면 갈바닉 효과에 의한 영향과 단일 금속층의 식각 속도 차이를 상쇄시켜 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)의 식각 속도를 유사하게 조절할 수 있다. 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)의 식각 속도를 유사하게 하면 도 3b와 같은 배선이 형성된다. 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)은 테이퍼 형상을 이루고 있다.As shown in FIG. 3A, electrons of the
도 3b와 같은 배선 상에 도 3c와 같이 3중층이 순차적으로 적층된다. 3중층 의 적층각도는 비교적 작어 스텝 오픈의 가능성은 줄어든다. 한편 상부 몰리브덴층(3)에 의해 알루미늄층(2)이 캡핑되어 힐록 발생이 감소한다.Triple layers are sequentially stacked on the wiring line as shown in FIG. 3B as shown in FIG. 3C. The stacking angle of the triple layer is relatively small, reducing the possibility of step opening. On the other hand, the
이상과 같이 알루미늄층(2)과 상부 몰리브덴층(3)의 두께비를 조절하면 힐록 발생을 감소시킬 수 있다. 또한 힐록이 방지되면 배선도 테이퍼 형상을 가지게 된다.As described above, by adjusting the thickness ratio of the
도 4를 보면 특정한 몰리브덴층/알루미늄층의 두께비에서 몰리브덴과 알루미늄의 식각 속도가 동일하게 되며 이 두께비에서 멀어질수록 몰리브덴과 알루미늄의 식각 속도에 차이가 발생함을 알 수 있다. 구체적으로 보면 몰리브덴층(3)의 두께가 작아지면 알루미늄의 식각 속도가 몰리브덴의 식각 속도에 비해 빨라지는데 이는 작은 두께의 몰리브덴층은 갈바닉 효과에 의한 영향을 크게 받기 때문이다. 반면 몰리브덴층의 두께가 커지면 몰리브덴의 식각 속도가 알루미늄 식각 속도에 비해 빨라지는데 이는 몰리브덴이 갈바닉 효과보다 단일층의 식각 속도에 큰 영향을 받기 때문이다.4, the etching rate of molybdenum and aluminum becomes the same in the thickness ratio of the specific molybdenum layer / aluminum layer, and the farther away from the thickness ratio, the difference occurs in the etching rate of molybdenum and aluminum. Specifically, when the thickness of the
도 4로부터 적절한 몰리브덴층/알루미늄층 두께비에서 알루미늄과 몰리브덴의 식각 속도를 유사하게 할 수 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 4 that the etch rates of aluminum and molybdenum can be similar at appropriate molybdenum layer / aluminum layer thickness ratios.
실험예Experimental Example
알루미늄과 몰리브덴의 식각 속도가 유사해져 힐록 발생이 억제되는 몰리브덴층/알루미늄층 두께비를 찾기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.In order to find the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio in which the etching rate of aluminum and molybdenum are similar, and the hillock generation is suppressed, the following experiment was performed.
절연기판 상에 알루미늄층과 몰리브덴층을 스퍼터링 방법으로 순차적으로 증착하였다. 알루미늄층의 두께는 3000Å으로 일정하게 하였으며 상부 몰리브덴층의 두께는 200Å 내지 1500Å사이에서 변화시켰다. An aluminum layer and a molybdenum layer were sequentially deposited on the insulating substrate by a sputtering method. The thickness of the aluminum layer was constant at 3000 kPa and the thickness of the upper molybdenum layer was changed between 200 kPa and 1500 kPa.
이후 알루미늄층과 몰리브덴층을 습식 식각 방법으로 패터닝한 후 약320℃에서 플라즈마 강화 화학기상증착법을 사용하여 질화 규소층, 비정질 규소층, n+ 비정질 수소화 규소층을 순차적으로 증착하였다. 질화 규소층의 두께는 약 4500Å, 비정질 규소층의 두께는 약 2000Å, n+ 비정질 수소화 규소층의 두께는 약 500Å이었다.Afterwards, the aluminum layer and the molybdenum layer were patterned by a wet etching method, and then a silicon nitride layer, an amorphous silicon layer, and an n + amorphous silicon hydride layer were sequentially deposited by using plasma enhanced chemical vapor deposition at about 320 ° C. The thickness of the silicon nitride layer was about 4500 kPa, the thickness of the amorphous silicon layer was about 2000 kPa, and the thickness of the n + amorphous silicon hydride layer was about 500 kPa.
3중층 증착후 광학 현미경(optical microscope)을 이용해 배선 상태를 관찰하여 상부 힐록(top hillock)과 측면 힐록(side hillock)의 발생 여부를 관찰하였다.After the triple layer deposition, the wiring state was observed using an optical microscope to observe the occurrence of the top hillock and the side hillock.
표 1에 실험조건과 힐록 발생여부를 나타내었으며 도 5a 내지 도 10b는 광학 현미경 이미지를 나타낸 것이다.Table 1 shows the experimental conditions and whether the hillocks are generated, and FIGS. 5A to 10B show optical microscope images.
표 1TABLE 1
도 5a 및 도 5b를 보면 배선 상에 위치하는 상부 힐록과 배선 측면으로 돌출 되어 있는 측면 힐록이 많이 발생했음을 알 수 있다. 이는 실험예 1에서는 몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 6.67%로 작아 몰리브덴층을 뚫고 힐록이 발생하였기 때문이다.5A and 5B, it can be seen that a lot of upper hillocks located on the wiring and side hilllocks protruding to the wiring side have occurred. This is because, in Experimental Example 1, the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio was 6.67%, so that hillock was generated through the molybdenum layer.
몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 10%인 실험예 2에서는 힐록이 많이 감소하였으며 특히 측면 힐록이 급격히 감소하였다. 몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 20%인 실험예 3에서는 측면 힐록은 관찰되지 않았다. 이는 몰리브덴층의 두께가 두꺼워져 힐록을 방지하기 때문이다.In Experimental Example 2, in which the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio was 10%, the heellock was greatly decreased, and in particular, the side heellock was sharply decreased. In Experimental Example 3 in which the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio was 20%, no lateral hillock was observed. This is because the thickness of the molybdenum layer becomes thick to prevent hillock.
몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 27%인 실험예 4에서는 상부 힐록이 관찰되지 않은 반면 측면 힐록의 소량 발생이 관찰되었다. 몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 각각 40%와 50%인 실험예 5와 실험예 6에서는 상부 힐록은 여전히 발생하지 않는 반면 측면 힐록은 증가하며 특히 실험예 6에서 급격히 증가하였다. 상부 힐록은 몰리브덴층의 두께가 두꺼워지면 더욱 효과적으로 방지된다. 반면 몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 커질수록 몰리브덴층의 식각 속도가 증가하여 알루미늄층 상부 중 몰리브덴층에 의해 가려지지 않는 부분이 발생하여 이 부분에서 측면 힐록이 발생하는 것이다.In Experimental Example 4, in which the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio was 27%, the upper hillock was not observed while the small amount of side hillock was observed. In Experimental Example 5 and Experimental Example 6, in which the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio was 40% and 50%, respectively, the upper heellock still did not occur, while the side heellock increased, especially in Experimental Example 6. The upper hillock is more effectively prevented when the molybdenum layer becomes thicker. On the other hand, as the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio increases, the etching rate of the molybdenum layer increases, so that a part of the upper part of the aluminum layer that is not covered by the molybdenum layer is generated.
이상의 실험예로부터 힐록을 감소시키기 위해서는 몰리브덴층/알루미늄층 두께비가 10% 내지 40%인 것이 바람직함을 알 수 있다. 특히 상부 힐록과 측면 힐록 모두를 효과적으로 감소시키기 위해서는 몰리브덴층/알루미늄층의 두께비가 20 내지 27%사이인 것이 더 바람직함을 알 수 있다.It can be seen from the above experimental example that the molybdenum layer / aluminum layer thickness ratio is preferably 10% to 40% in order to reduce hillock. In particular, it can be seen that the thickness ratio of the molybdenum layer / aluminum layer is more preferably 20 to 27% in order to effectively reduce both the upper and the side hillocks.
이하에서는 본 발명에 따른 박막트랜지스터 기판과 그 제조방법을 실시예를 통하여 설명한다.Hereinafter, a thin film transistor substrate and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이며, 도 12은 도 11에 도시한 박막트랜지스터 기판의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선을 따라 도시한 단면도이다. 또한, 도 13 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조과정을 나타내는 단면도이다. FIG. 11 is a plan view of a thin film transistor substrate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line II-XII of the thin film transistor substrate shown in FIG. 13 to 16 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor substrate according to the first embodiment of the present invention.
절연기판(10) 위에 게이트 배선(22, 24, 26)이 형성되어 있다. 여기서 게이트 배선(22, 24, 26)은 각각 알루미늄층(221, 241, 261), 상부 몰리브덴층(222, 242, 262)의 2중층으로 이루어져 있으며 상부 몰리브덴층(222, 242, 262)의 두께는 알루미늄층(221, 241, 261) 두께의 10% 내지 40%이다.
게이트 배선(22, 26)은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22) 및 게이트선(22)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함한다. 여기서 게이트선(22)의 한 쪽 끝 부분(24)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다. The gate lines 22 and 26 include a
절연기판(10) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 배선(22, 24, 26)을 덮고 있다. On the insulating
게이트 전극(24)의 게이트 절연막(30) 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있으며, 반도체층(40)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(55, 56)이 각각 형성되어 있다. A
저항성 접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 데이터 배선(65, 66, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선(65, 66, 68) 역시 알루미늄층(651, 661, 681), 상부 몰리브덴층(652, 662, 682)의 2중층으로 이루어져 있으며 상부 몰리브덴층(652, 662, 682) 두께는 알루미늄층(651, 661, 681) 두께의 10 내지 40%이다.
데이터선(62)도 도시하지는 않았지만 데이터 배선(65, 66, 68)과 같은 2중층이다. Although not shown, the
데이터 배선(62, 65, 66)은 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(62), 데이터선(62)의 분지이며 저항성 접촉층(55)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65), 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 하여 소스 전극(65)의 반대쪽 저항성 접촉층(56) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(66)을 포함한다. 이 때, 데이터선(62)의 한 쪽 끝 부분(68)은 외부 회로와의 연결을 위하여 폭이 확장되어 있다. The data lines 62, 65, and 66 are formed in the vertical direction and intersect the
데이터 배선(62, 65, 66, 68) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(40) 상부에는 질화규소(SiNx), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막), 및 아크릴계 유기 절연막 등으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. PECVD 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막과 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막)은 유전 상수가 4이하(유전 상수는 2에서 4사이의 값을 가진다.)로 유전율이 매우 낮다. 따라서 두께가 얇아도 기생 용량 문제가 발생하지 않는다. 또 다른 막과의 접착성 및 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하다. 또한 무기질 CVD막이므로 내열성이 유기 절연막에 비하여 우수하다. 아울러 PECVD 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막과 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막)은 증착 속도나 식각 속도가 질화 규소막에 비하여 4 내지 10배 빠르므로 공정 시간 면에서도 매우 유리하다.A-Si: C: O film or a deposited on the data lines 62, 65, 66, 68 and on the
보호막(70)에는 드레인 전극(66) 및 데이터선의 끝 부분(68)을 각각 드러내는 접촉 구멍(76, 78)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(30)과 함께 게이트선의 끝 부분(24)을 드러내는 접촉 구멍(74)이 형성되어 있다.In the
보호막(70) 위에는 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결되어 있으며 화소 영역에 위치하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(70) 위에는 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 각각 게이트선의 끝 부분(24) 및 데이터선의 끝 부분(68)과 연결되어 있는 접촉 보조 부재(86, 88)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(82)과 접촉 보조 부재(86, 88)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명전도막으로 이루어져 있다. 즉 드레인 전극(66)은 몰리브덴층(664)를 통해 화소 전극(82)과 접촉하게 된다.On the
여기서, 화소 전극(82)은 도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이, 게이트선(22)과 중첩되어 유지 축전기를 이루며, 유지 용량이 부족한 경우에는 게이트 배선(22, 24, 26)과 동일한 층에 유지 용량용 배선을 추가할 수도 있다. 11 and 12, the
또, 화소 전극(82)은 데이터선(62)과도 중첩하도록 형성하여 개구율을 극대화할 수 있다. 이처럼 개구율을 극대화하기 위하여 화소 전극(82)을 데이터선(62)과 중첩시켜 형성하더라도, 보호막(70)의 저유전율 CVD막 등으로 형성하면 이들 사이에서 형성되는 기생 용량은 문제가 되지 않을 정도로 작게 유지할 수 있다. In addition, the
제 1실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조방법을 살펴보면, 먼저, 도 13에 도시한 바와 같이, 절연기판(10) 위에 알루미늄층(221, 241, 261)과 상부 몰리브덴층(222, 242, 262)의 2중층으로 이루어진 게이트 금속층을 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트선(22) 및 게이트 전극(26)을 포함하며 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트 배선(22, 24, 26)을 형성한다. Looking at the manufacturing method of the thin film transistor substrate according to the first embodiment, first, as shown in Figure 13, the aluminum layer (221, 241, 261) and the upper molybdenum layer (222, 242, 262) on the insulating substrate 10 A gate metal layer formed of a double layer of the layer) and patterned by a photolithography process using a mask to form the gate lines 22, 24, and 26 including the gate lines 22 and the
다음, 도 14에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(30), 비정질 규소로 이루어진 반도체층(40), 도핑된 비정질 규소층(50)의 삼층막을 연속하여 적층하고, 반도체층(40)과 도핑된 비정질 규소층(50)을 사진 식각하여 게이트 전극(24) 상부의 게이트 절연막(30) 위에 섬 모양의 반도체층(40)과 저항성 접촉층(50)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 14, the three-layer film of the
다음, 도 15에 도시한 바와 같이, 알루미늄층(621, 651, 661), 상부 몰리브덴층(622, 652, 662)의 2중층으로 이루어진 데이터 금속층을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트선(22)과 교차하는 데이터선(62), 데이터선(62)과 연결되어 게이트 전극(26) 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65) 및 소스 전극(65)과 분리되어 되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 마주하는 드레인 전극(66)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다.Next, as shown in FIG. 15, a data metal layer including a double layer of
이어, 데이터 배선(62, 65, 66, 68)으로 가리지 않는 도핑된 비정질 규소층 패턴(50)을 식각하여 게이트 전극(26)을 중심으로 양쪽으로 분리시키는 한편, 양쪽의 도핑된 비정질 규소층(55, 56) 사이의 반도체층 패턴(40)을 노출시킨다. 이어, 노출된 반도체층(40)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 실시하는 것 이 바람직하다. Subsequently, the doped amorphous
다음으로, 도 16에서 보는 바와 같이, 질화규소막, a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막을 화학 기상 증착(CVD) 법에 의하여 성장시키거나 유기 절연막을 도포하여 보호막(70)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 16, the silicon nitride film, the a-Si: C: O film, or the a-Si: O: F film is grown by chemical vapor deposition (CVD) or an organic insulating film is applied to the
이어, 사진 식각 공정으로 게이트 절연막(30)과 함께 보호막(70)을 패터닝하여, 게이트선의 끝 부분(24), 드레인 전극(66) 및 데이터선의 끝 부분(68)을 드러내는 접촉구멍(74, 76, 78)을 형성한다. Subsequently, the
다음, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, ITO 또는 IZO막을 증착하고 사진 식각하여 접촉구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 연결되는 화소 전극(82)과 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 게이트선의 끝 부분(24) 및 데이터선의 끝 부분(68)과 각각 연결되는 있는 접촉 보조 부재(86, 88)를 각각 형성한다. ITO나 IZO를 적층하기 전의 예열(pre-heating) 공정에서 사용하는 기체는 질소를 이용하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the ITO or IZO film is deposited, photo-etched, and the
이상의 제1실시예는 박막트랜지스터 기판의 제조에 있어 마스크를 5개 사용한 경우이며 아래에서 설명한 제2실시예는 마스크를 4매 사용한 경우이다.The first embodiment described above uses five masks in the manufacture of a thin film transistor substrate, and the second embodiment described below uses four masks.
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 평면도이고, 도 18은 도 17의 ⅩⅧ-ⅩⅧ선을 따라 도시한 단면도, 도 19은 도 17의 ⅩⅨ-ⅩⅨ선을 따라 도시한 단면도이다. 또한, 도 20a 내지 도 27b는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조과정을 나타내는 단면도이다. 17 is a plan view of a thin film transistor substrate according to a second embodiment of the present invention, FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 17, and FIG. 19 is a sectional view taken along the line VII-VII of FIG. to be. 20A to 27B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor substrate according to a second embodiment of the present invention.
절연기판(10) 위에는 제1실시예와 동일하게 알루미늄층(221, 241, 261)과 상 부 몰리브덴층(222, 242, 262)의 2중층으로 이루어져 있는 게이트 배선(22, 24, 26)이 형성되어 있다. 상부 몰리브덴층(222, 242, 262) 두께는 알루미늄층(221, 241, 261) 두께의 10 내지 40%이다.On the insulating
또한, 기판 소재(10) 위에는 게이트선(22)과 평행하게 유지 전극선(28)이 형성되어 있다. 유지 전극선(28)도 게이트 배선(22, 24, 26)과 같이 4중층으로 되어 있다. 유지 전극선(28)은 후술할 화소 전극(82)과 연결된 유지 축전기용 도전체(64)와 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이루며, 후술할 화소 전극(82)과 게이트선(22)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 형성하지 않을 수도 있다. 유지 전극선(28)에는 상부 기판의 공통 전극과 동일한 전압이 인가되는 것이 보통이다.The
게이트 배선(22, 24, 26) 및 유지 전극선(28) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 게이트 배선(22, 24, 26) 및 유지 전극선(28)을 덮고 있다.A
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체 패턴(42, 48)이 형성되어 있으며, 반도체 패턴(42, 48) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer) 패턴 또는 중간층 패턴(55, 56, 58)이 형성되어 있다.On the
저항성 접촉층 패턴(55, 56, 58) 위에는 알루미늄층(621, 641, 651, 661, 681)과 상부 몰리브덴층(622, 642, 652, 662, 682)의 2중층으로 이루어진 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 형성되어 있다. 상부 몰리브덴층(622, 642, 652, 662, 682) 두께는 알루미늄층(621, 641, 651, 661, 681) 두께의 10 내지 40%이다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 있으며 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터선의 끝 부분(68)을 가지는 데이터선(62), 데이터선(62)의 분지인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65)으로 이루어진 데이터선부(62, 68, 65)를 포함하며, 또한 데이터선부(62, 68, 65)와 분리되어 있으며 게이트 전극(26) 또는 박막 트랜지스터의 채널부(C)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽에 위치하는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(66)과 유지 전극선(28) 위에 위치하고 있는 유지 축전기용 도전체(64)도 포함한다. 유지 전극선(28)을 형성하지 않을 경우 유지 축전기용 도전체(64) 또한 형성하지 않는다.On the resistive
접촉층 패턴(55, 56, 58)은 그 하부의 반도체 패턴(42, 48)과 그 상부의 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 하며, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 완전히 동일한 형태를 가진다. 즉, 데이터선부 중간층 패턴(55)은 데이터선부(62, 68, 65)와 동일하고, 드레인 전극용 중간층 패턴(56)은 드레인 전극(66)과 동일하며, 유지 축전기용 중간층 패턴(58)은 유지 축전기용 도전체(64)와 동일하다. The
한편, 반도체 패턴(42, 48)은 박막 트랜지스터의 채널부(C)를 제외하면 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 및 저항성 접촉층 패턴(55, 56, 58)과 동일한 모양을 하고 있다. 구체적으로는, 유지 축전기용 반도체 패턴(48)과 유지 축전기용 도전체(64) 및 유지 축전기용 접촉층 패턴(58)은 동일한 모양이지만, 박막 트랜지 스터용 반도체 패턴(42)은 데이터 배선 및 접촉층 패턴의 나머지 부분과 약간 다르다. 즉, 박막 트랜지스터의 채널부(C)에서 데이터선부(62, 68, 65), 특히 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리되어 있고 데이터선부 중간층(55)과 드레인 전극용 접촉층 패턴(56)도 분리되어 있으나, 박막 트랜지스터용 반도체 패턴(42)은 이곳에서 끊어지지 않고 연결되어 박막 트랜지스터의 채널을 생성한다. The
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 위에는 질화규소나 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막(저유전율 CVD막) 또는 유기 절연막으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 드레인 전극(66), 데이터선의 끝 부분(68) 및 유지 축전기용 도전체(64)를 드러내는 접촉 구멍(76, 78, 72)을 가지고 있으며, 또한 게이트 절연막(30)과 함께 게이트선의 끝 부분(24)을 드러내는 접촉 구멍(74)을 가지고 있다.On the data lines 62, 64, 65, 66 and 68, an a-Si: C: O film or a-Si: O: F film (low dielectric constant CVD) deposited by silicon nitride or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method Film) or an organic insulating film is formed. The
보호막(70) 위에는 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상판의 전극과 함께 전기장을 생성하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)은 ITO 또는 IZO(indium tin oxide) 따위의 투명전도 물질로 만들어지며, 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 물리적ㅇ전기적으로 연결되어 화상 신호를 전달받는다. 화소 전극(82)은 또한 이웃하는 게이트선(22) 및 데이터선(62)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다. 또한 화소 전극(82)은 접촉 구멍(72)을 통하여 유지 축전기용 도전체(64)와도 연결되어 도전체 패턴(64)으로 화상 신호를 전달한다. 한편, 게이트선의 끝 부분(24) 및 데이터선의 끝 부분(68) 위에는 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 각각 이들과 연결되는 접촉 보조 부재(86, 88) 가 형성되어 있다. 이 접촉 보조 부재(86, 88)는 끝 부분(24, 68)과 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 게이트선 및 데이터선 각각의 끝 부분(24, 68)을 보호하는 역할을 하며 역시 투명전도막으로 형성되어 있다.On the
제2 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조방법을 살펴보면, 도 20a 및 도 20b와 같이 제1 실시예와 동일하게 알루미늄층(221, 241, 261, 281)과 상부 몰리브덴층(222, 242, 262, 282)을 사진 식각하여 게이트선(22), 게이트 전극(26)을 포함하는 게이트 배선과 유지 전극선(28)을 형성한다. 이때, 외부 회로와 연결되는 게이트선(22)의 한 쪽 끝 부분(24)은 폭이 확장되어 있다. Looking at the manufacturing method of the thin film transistor substrate according to the second embodiment, the aluminum layer (221, 241, 261, 281) and the
다음, 도 21a 및 21b에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 중간층(50)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 이어 데이터 배선을 형성하기 위해 알루미늄층(601), 상부 몰리브덴층(602)의 2중층으로 이루어진 도전체층(60)을 형성한 다음 그 위에 감광막(110)을 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 도포한다. Next, as illustrated in FIGS. 21A and 21B, the
그 후, 마스크를 통하여 감광막(110)에 빛을 조사한 후 현상하여, 도 21a 및 21b에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(112, 114)을 형성한다. 이때, 감광막 패턴(112, 114) 중에서 박막트랜지스터의 채널부(C), 즉 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이에 위치한 제1 부분(114)은 데이터 배선부(E), 즉 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 형성될 부분에 위치한 제2 부분(112)보다 두께가 작게 되도록 하며, 기타 부분(D)의 감광막은 모두 제거한다. 이 때, 채널부(C)에 남아 있는 감 광막(114)의 두께와 데이터 배선부(E)에 남아 있는 감광막(112)의 두께의 비는 후에 후술할 식각 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하여야 하되, 제1 부분(114)의 두께를 제2 부분(112)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며 예를 들면, 4,000 Å 이하인 것이 좋다. Thereafter, the
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있으며, C 영역의 빛 투과량을 조절하기 위하여 주로 슬릿(slit)이나 격자형태의 패턴을 형성하거나 반투명막을 사용한다. As such, there may be various methods of varying the thickness of the photoresist film according to the position, and in order to control the light transmittance in the C region, a slit or lattice-shaped pattern is mainly formed or a translucent film is used.
이때, 슬릿 사이에 위치한 패턴의 선 폭이나 패턴 사이의 간격, 즉 슬릿의 폭은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하며, 반투명막을 이용하는 경우에는 마스크를 제작할 때 투과율을 조절하기 위하여 다른 투과율을 가지는 박막을 이용하거나 두께가 다른 박막을 이용할 수 있다. In this case, the line width of the pattern located between the slits or the interval between the patterns, that is, the width of the slits, is preferably smaller than the resolution of the exposure machine used for exposure, and in the case of using a translucent film, the transmittance is different in order to control the transmittance when fabricating a mask. A thin film having a thickness or a thin film may be used.
이와 같은 마스크를 통하여 감광막에 빛을 조사하면 빛에 직접 노출되는 부분에서는 고분자들이 완전히 분해되며, 슬릿 패턴이나 반투명막이 형성되어 있는 부분에서는 빛의 조사량이 적으므로 고분자들은 완전 분해되지 않은 상태이며, 차광막으로 가려진 부분에서는 고분자가 거의 분해되지 않는다. 이어 감광막을 현상하면, 고분자 분자들이 분해되지 않은 부분만이 남고, 빛이 적게 조사된 중앙 부분에는 빛에 전혀 조사되지 않은 부분보다 얇은 두께의 감광막이 남길 수 있다. 이때, 노광 시간을 길게 하면 모든 고분자 분자들이 분해되므로 그렇게 되지 않도록 해야 한다.When the light is irradiated to the photosensitive film through such a mask, the polymers are completely decomposed at the part directly exposed to the light, and the polymers are not completely decomposed because the amount of light is small at the part where the slit pattern or the translucent film is formed. In the area covered by, the polymer is hardly decomposed. Subsequently, when the photoresist film is developed, only a portion where the polymer molecules are not decomposed is left, and a thin photoresist film may be left at a portion where the light is not irradiated at a portion less irradiated with light. In this case, if the exposure time is extended, all polymer molecules are decomposed, so it should not be so.
이러한 얇은 두께의 감광막(114)은 리플로우가 가능한 물질로 이루어진 감광 막을 이용하고 빛이 완전히 투과할 수 있는 부분과 빛이 완전히 투과할 수 없는 부분으로 나뉘어진 통상적인 마스크로 노광한 다음 현상하고, 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않는 부분으로 감광막의 일부를 흘러내리도록 함으로써 형성할 수도 있다. This
이어, 감광막 패턴(114) 및 그 하부의 막들, 즉 도전체층(60), 중간층(50) 및 반도체층(40)에 대한 식각을 진행한다. 이때, 데이터 배선부(E)에는 데이터 배선 및 그 하부의 막들이 그대로 남아 있고, 채널부(C)에는 반도체층만 남아 있어야 하며, 기타 부분(D)에는 위의 3개 층(60, 50, 40)이 모두 제거되어 게이트 절연막(30)이 드러나야 한다.Subsequently, etching is performed on the
먼저, 도 22a 및 22b에 도시한 것처럼, 기타 부분(D)에 노출되어 있는 도전체층(60)을 제거하여 그 하부의 중간층(50)을 노출시킨다. 이 과정에서는 건식 식각 또는 습식 식각 방법을 모두 사용할 수 있으며, 이때 도전체층(60)은 식각되고 감광막패턴(112, 114)은 거의 식각되지 않는 조건하에서 행하는 것이 좋다. 그러나 건식식각의 경우 도전체층(60)만을 식각하고 감광막 패턴(112, 114)은 식각되지 않는 조건을 찾기가 어려우므로 감광막 패턴(112, 114)도 함께 식각되는 조건하에서 행할 수 있다. 이 경우에는 습식 식각의 경우보다 제1 부분(114)의 두께를 두껍게 하여 이 과정에서 제1 부분(114)이 제거되어 하부의 도전체층(60)이 드러나는 일이 생기지 않도록 한다.First, as shown in FIGS. 22A and 22B, the
이렇게 하면, 도 23a 및 도 23b에 나타낸 것처럼, 채널부(C) 및 데이터 배선부(E)의 도전체층, 즉 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 유지 축전기용 도전체(64) 만이 남고 기타 부분(D)의 도전체층(60)은 모두 제거되어 그 하부의 중간층(50)이 드러난다. 이 때 남은 도전체 패턴(67, 64)은 소스 및 드레인 전극(65, 66)이 분리되지 않고 연결되어 있는 점을 제외하면 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 형태와 동일하다. 또한 건식 식각을 사용한 경우 감광막 패턴(112, 114)도 어느 정도의 두께로 식각된다. This leaves only the conductor layer of the channel portion C and the data wiring portion E, that is, the source /
이어, 도 24a 및 24b에 도시한 바와 같이, 기타 부분(D)의 노출된 중간층(50) 및 그 하부의 반도체층(40)을 감광막의 제1 부분(114)과 함께 건식 식각 방법으로 동시에 제거한다. 이 때의 식각은 감광막 패턴(112, 114)과 중간층(50) 및 반도체층(40)(반도체층과 중간층은 식각 선택성이 거의 없음)이 동시에 식각되며 게이트 절연막(30)은 식각되지 않는 조건하에서 행하여야 하며, 특히 감광막 패턴(112, 114)과 반도체층(40)에 대한 식각비가 거의 동일한 조건으로 식각하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SF6 과 HCl의 혼합 기체나, SF6 과 O2
의 혼합 기체를 사용하면 거의 동일한 두께로 두 막을 식각할 수 있다. 감광막패턴(112, 114)과 반도체층(40)에 대한 식각비가 동일한 경우 제1 부분(114)의 두께는 반도체층(40)과 중간층(50)의 두께를 합한 것과 같거나 그보다 작아야 한다. Subsequently, as shown in FIGS. 24A and 24B, the exposed
이렇게 하면, 도 24a 및 24b에 나타낸 바와 같이, 채널부(C)의 제1 부분(114)이 제거되어 소스/드레인용 도전체 패턴(67)이 드러나고, 기타 부분(D)의 중간층(50) 및 반도체층(40)이 제거되어 그 하부의 게이트 절연막(30)이 드러난다. 한편, 데이터 배선부(E)의 제2 부분(112) 역시 식각되므로 두께가 얇아진다. 또한, 이 단계에서 반도체 패턴(42, 48)이 완성된다. 도면 부호 57과 58은 각각 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 하부의 중간층 패턴과 유지 축전기용 도전체(64) 하부의 중간층 패턴을 가리킨다.This removes the
이어 애싱(ashing)을 통하여 채널부(C)의 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 표면에 남아 있는 감광막 찌꺼기를 제거한다. Subsequently, ashing removes photoresist residue remaining on the surface of the source /
다음, 도 25a 및 25b에 도시한 바와 같이 채널부(C)의 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 및 그 하부의 소스/드레인용 중간층 패턴(57)을 식각하여 제거한다. 이 때, 식각은 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 중간층 패턴(57) 모두에 대하여 건식 식각만으로 진행할 수도 있으며, 소스/드레인용 도전체 패턴(67)에 대해서는 습식 식각으로, 중간층 패턴(57)에 대해서는 건식 식각으로 행할 수도 있다. 전자의 경우, 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 중간층 패턴(57)의 식각 선택비가 큰 조건하에서 식각을 행하는 것이 바람직하며, 이는 식각 선택비가 크지 않을 경우 식각 종점을 찾기가 어려워 채널부(C)에 남는 반도체 패턴(42)의 두께를 조절하기가 쉽지 않기 때문이다. 습식 식각과 건식 식각을 번갈아 하는 후자의 경우에는 습식 식각되는 소스/드레인용 도전체 패턴(67)의 측면은 식각되지만, 건식 식각되는 중간층 패턴(57)은 거의 식각되지 않으므로 계단 모양으로 만들어진다. 중간층 패턴(57) 및 반도체 패턴(42)을 식각할 때 사용하는 식각 기체의 예로는 CF4 와 HCl의 혼합 기체나 CF4 와 O2 의 혼합 기체를 들 수 있으며, CF4 와 O2를 사용하면 균일한 두께로 반도체 패턴(42)을 남길 수 있다. 이때, 도 24b에 도시한 것처럼 반도체 패턴(42)의 일부가 제거되어 두께가 작아질 수도 있으며 감광막 패턴의 제2 부분(112)도 이때 어느 정도의 두께로 식각된다. 이때의 식각은 게이트 절연막(30)이 식각되지 않는 조건으로 행하여야 하며, 제2 부분(112)이 식각되어 그 하부의 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 드러나는 일이 없도록 감광막 패턴이 두꺼운 것이 바람직함은 물론이다. Next, as shown in FIGS. 25A and 25B, the source /
이렇게 하면, 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리되면서 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 그 하부의 접촉층 패턴(55, 56, 58)이 완성된다. In this way, the
마지막으로 데이터 배선부(E)에 남아 있는 감광막 제2 부분(112)을 제거한다. 그러나 제2 부분(112)의 제거는 채널부(C) 소스/드레인용 도전체 패턴(67)을 제거한 후 그 밑의 중간층 패턴(57)을 제거하기 전에 이루어질 수도 있다. Finally, the photosensitive film
앞에서 설명한 것처럼, 습식 식각과 건식 식각을 교대로 하거나 건식 식각만을 사용할 수 있다. 후자의 경우에는 한 종류의 식각만을 사용하므로 공정이 비교적 간편하지만, 알맞은 식각 조건을 찾기가 어렵다. 반면, 전자의 경우에는 식각 조건을 찾기가 비교적 쉬우나 공정이 후자에 비하여 번거로운 점이 있다. As mentioned earlier, wet and dry etching can be alternately used or only dry etching can be used. In the latter case, since only one type of etching is used, the process is relatively easy, but it is difficult to find a suitable etching condition. On the other hand, in the former case, the etching conditions are relatively easy to find, but the process is more cumbersome than the latter.
다음, 도 26a 및 도 26b에 도시한 바와 같이, 질화규소나 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F 막을 화학 기상 증착(CVD) 법에 의하여 성장시키거나 유기 절연막을 도포하여 보호막(70)을 형성한다. Next, as shown in FIGS. 26A and 26B, a silicon nitride, an a-Si: C: O film, or an a-Si: O: F film is grown by chemical vapor deposition (CVD) or an organic insulating film is applied to the protective film.
이어, 도 27a 및 도 27b에 도시한 바와 같이, 보호막(70)을 게이트 절연막(30)과 함께 사진 식각하여 드레인 전극(66), 게이트선의 끝 부분(24), 데이 터선의 끝 부분(68) 및 유지 축전기용 도전체(64)를 각각 드러내는 접촉 구멍(76, 74, 78, 72)을 형성한다.27A and 27B, the
마지막으로, 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 400 Å 내지 500 Å 두께의 ITO층 또는 IZO층을 증착하고 사진 식각하여, 드레인 전극(66) 및 유지 축전기용 도전체(64)와 연결된 화소 전극(82), 게이트선의 끝 부분(24)과 게이트 접촉 보조 부재(86) 및 데이터선의 끝 부분(68)과 연결된 데이터 접촉 보조 부재(88)를 형성한다.Finally, as illustrated in FIGS. 18 and 19, a pixel connected to the
한편, ITO나 IZO를 적층하기 전의 예열(pre-heating) 공정에서 사용하는 기체로는 질소를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 접촉 구멍(72, 74, 76, 78)을 통해 드러난 금속막(24, 64, 66, 68)의 상부에 금속 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위함이다.On the other hand, as a gas used in the pre-heating process before laminating ITO or IZO, it is preferable to use nitrogen, which is the
이러한 본 발명의 제2 실시예에서는 제1 실시예에 따른 효과뿐만 아니라 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 그 하부의 접촉층 패턴(55, 56, 58) 및 반도체 패턴(42, 48)을 하나의 마스크를 이용하여 형성하고 이 과정에서 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)을 분리함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the data wirings 62, 64, 65, 66, and 68 and the
이상의 실시예는 다양하게 변형이 가능하다. 상부 몰리브덴층은 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 니오븀(niobium) 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 또한 알루미늄층 하부에는 하부 몰리브덴층이 추가로 형성되어 3중층 배선을 형성할 수도 있다.The above embodiments can be variously modified. The upper molybdenum layer may further include any one of tungsten (W), zirconium (Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), and niobium. In addition, a lower molybdenum layer may be further formed below the aluminum layer to form a triple layer wiring.
본발명에 따른 박막트랜지스터 기판은 액정표시장치 또는 유기전기발광장치(organic light emitting diode) 등의 표시장치에 사용될 수 있다. The thin film transistor substrate according to the present invention may be used in a display device such as a liquid crystal display device or an organic light emitting diode.
유기전기발광장치는 전기적인 신호를 받아 발광하는 유기물을 이용한 자발광형 소자이다. 유기전기발광장치에는 음극층(화소전극), 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 양극층(대향전극)이 적층되어 있다. 본발명에 따른 박막트랜지스터 기판의 드레인 전극은 음극층과 전기적으로 연결되어 데이터 신호를 인가할 수 있다.The organic electroluminescent device is a self-luminous device using an organic material that emits light upon receiving an electrical signal. In the organic electroluminescent device, a cathode layer (pixel electrode), a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and an anode layer (counter electrode) are stacked. The drain electrode of the TFT substrate according to the present invention may be electrically connected to the cathode layer to apply a data signal.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 힐록 발생이 감소하는 알루미늄 배선을 가지는 박막트랜지스터 기판과 제조방법이 제공된다.As described above, according to the present invention, there is provided a thin film transistor substrate and a manufacturing method having aluminum wiring with reduced hillock generation.
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